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      新型材料——透明鋁!門窗幕墻上可以用嗎?

      來源:鋁熔鑄專家  作者:編輯  日期:2024-12-9
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         普通陶瓷內部的晶體顆粒排列不規則,光照上去會向四面八方的散射,無法穿透,因此看起來并不透明。

        本篇文章內容由[中國幕墻網www.yihaowen.com]編輯部整理發布:

        透明,指的是光能夠穿透,而不會發生強烈的反射和散射。

        透明,并非傳統意義上的純鋁材料,而是一種由氮氧化鋁(AlON)或氧化陶瓷基板,通過特殊工藝制成的透明陶瓷材料。其獨特的透明度源自其內部結構的優化,即通過消除自由電子散射和減少氣泡及雜質,使得光線能夠順利穿過材料。

        這種材料在保持高強度的同時,實現了前所未有的透明度,為材料科學領域帶來了新的突破。

        知識點:普通陶瓷內部的晶體顆粒排列不規則,光照上去會向四面八方的散射,無法穿透,因此看起來并不透明。

        在材料科學的浩瀚宇宙中,透明鋁作為一種新興的材料,正以其獨特的強度和透明度特性,引領著材料科學的未來。本文將深入探討透明鋁的基本原理、技術特性、應用領域以及未來發展趨勢,揭示這一革命性材料如何成為未來科技的關鍵元素。透明鋁,主要成分是氮氧化鋁(AlON),是一種先進的透明陶瓷材料。

        高強度:透明鋁的硬度與藍寶石相近,甚至在某些應用中,其強度可以達到普通玻璃的兩倍以上。這種高強度特性使得透明鋁在承受外力沖擊時表現出色,成為防彈、防沖擊等高端應用的理想選擇。

        高透明度:透明鋁的透明度高達80%以上,能夠透過任何可見光波長,并且對紫外線、X射線等能量波具有良好的阻擋能力。這使得透明鋁在光學元件、建筑設計等領域具有廣泛的應用前景。

        耐高溫與抗氧化透明鋁具有出色的耐高溫和抗氧化性能,能夠在極端環境下保持穩定的物理和化學性質。這一特性使得透明鋁在高溫熔融石英玻璃、航空航天等高溫應用領域具有獨特的優勢。

        輕質化:相較于傳統金屬材料,透明鋁具有更輕的質量,同時保持了優異的強度和透明度。這一特性使得透明鋁在汽車、航空等輕量化需求迫切的領域具有廣闊的應用空間。

        材料特性

        • 光學性能:在可見光范圍內具有高透明度,透光率(詞條“透光率”由行業大百科提供)可達80%以上。對不同波長的可見光都有良好的透過性,而且能夠有效阻擋紫外線和部分X射線,光學性能很出色。

        • 機械性能它的硬度較高,與藍寶石相當,強度是普通玻璃的數倍。這種優異的機械性能使其具有良好的抗沖擊和耐磨特性。

        • 熱學性能:能夠承受高溫,在1200攝氏度的高溫環境下依然能保持結構和性能的穩定,其熱穩定性是高溫熔融石英玻璃的4倍左右。并且熱膨脹系數較低,在溫度變化時不易發生破裂

        • 化學穩定性化學性質穩定,耐酸堿腐蝕,在多種化學環境下都能保持材料性能不被破壞。

        生產工藝

        • 原料準備:主要原料是高純的氧化鋁(Al₂O₃)和氮化鋁(AlN)粉末,這些原料的純度對于最終透明鋁的質量至關重要。需要精確控制原料的粒度和純度,一般要求粒度達到微米級甚至更小,以確;旌暇鶆蚝头磻浞。

        • 混合與成型:將氧化鋁和氮化鋁粉末按一定比例放入球磨機等設備(詞條“設備”由行業大百科提供)中充分混合。之后,把混合粉末放入模具(詞條“模具”由行業大百科提供)中,通過冷等靜壓等方法壓制成所需的形狀,如塊狀、片狀等。壓力通常在幾百兆帕(MPa)左右,這個過程可以使粉末初步成型,并且使內部結構更加致密。

        • 高溫燒結將壓制好的坯體放入高溫爐中,在氮氣氣氛下進行燒結。燒結溫度一般在1800 - 2000攝氏度之間。在高溫下,氧化鋁和氮化鋁發生反應生成氮氧化鋁,并且坯體逐漸致密化。這個過程需要嚴格控制溫度、時間和氣氛,以確保生成高質量的透明鋁。例如,升溫速率可能需要控制在每分鐘幾攝氏度,燒結時間可能長達數小時甚至數天。

        • 加工與拋光燒結后的透明鋁制品可能表面不夠光滑平整,需要進行機械加工和拋光處理,以提高其透明度和表面質量。采用研磨、拋光等工藝,使透明鋁達到光學級的表面平整度光澤度

        透明鋁(氮氧化鋁)有多種重要用途:

        建筑領域

        • 建筑外觀及采光:用于建筑物的外立面幕墻天窗(詞條“天窗”由行業大百科提供)采光頂等。可以讓建筑獲得良好的采光效果,同時其強度和耐候性能夠抵御風雨、紫外線等自然因素的侵蝕,保證建筑的長期美觀和安全。

        軍事領域

        • 軍事裝備防護:可用于制造防彈衣、防彈盾牌和裝甲車的透明防護窗

        • 軍事光學設備:用于制造高性能的光學瞄準鏡、潛望鏡和紅外探測器(詞條“窗”由行業大百科提供)口等。

        航空航天領域

        • 飛行器透明部件、航空航天光學系統。

        汽車工業

        • 汽車車窗及部件、汽車前照燈透鏡。

        電子設備

        • 電子設備屏幕保護、 光學傳感器窗口。

        生產透明鋁的成本較高,據Surmet Corporation數據,其窗戶和平板(詞條“平板”由行業大百科提供)價格為每平方英寸10-15美元,換算下來,每平方米約1550-2325美元,而復雜形狀的圓頂等產品,每件價格在3000-5000美元之間。

        所以,如果要用在門窗幕墻領域,成本將非常大的一個客觀問題,要想市場能夠接受還有很長一段路要走!

        透明鋁成本高主要有以下原因:

        一是原料要求高,需高純、粒度小的氧化鋁和氮化鋁粉末,增加了原料成本;

        二是生產工藝復雜,高溫燒結等環節需精確控制溫度、時間和氣氛,設備和能源投入大;

        三是良品率低,生產過程中易出現內部缺陷等問題,導致合格產品少,分攤到每個合格產品上的成本增加.

        以下是一些透明鋁生產廠家:

        國外廠家

        • Surmet

        • American Elements

        • Konoshima Chemicals

        • Coorstek

        • Ceramtec ETEC

        國內廠家

        除了“長沙鑫康”之外,國內建筑鋁型材的品牌企業較多!包括產能大,多領域布局的興發、堅美、亞鋁、鳳鋁、華建等處于鋁型材行業頂端的品牌;以及豪美、新合、偉昌、偉業等走在了獨具特色的工藝創新,系統突破的道路上;還有高登、強峰、季華等擁有了自己成功的產品配置與延伸服務,在產業布局拓展較廣。

        同時,崛起于西北的銘帝,東南的閩鋁、奮安,西南三星、陽光等品牌,區域優勢非常明顯;和平擁有大廠、衡水兩大基地,產能與供應服務力持續提升。

        上述企業與下面列表中的企業,作為國內主流鋁型材生產企業,雖未明確其有透明鋁產品,但憑借在建筑和工業鋁合金材料生產方面技術實力強,未來有望涉足透明鋁生產。

        隨著科技的不斷進步和研究的深入,透明鋁的未來發展趨勢將呈現以下特點:

        技術創新:未來,透明鋁的制備工藝將不斷優化和創新,以提高材料的性能和生產效率。同時,新型透明鋁材料的研發也將成為材料科學領域的重要方向。

        應用領域拓展:隨著透明鋁性能的不斷提升和成本的逐步降低,其應用領域將進一步拓展。未來,透明鋁有望在醫療、消費電子等領域實現廣泛應用,為人們的生活帶來更多便利和安全。

        透明鋁作為一種革命性的未來材料,以其獨特的強度和透明度特性,正在引領著材料科學的未來。在軍事、航空航天、汽車制造和建筑設計等領域,透明鋁已經展現出廣泛的應用前景和巨大的發展潛力。

        未來,隨著技術的不斷進步和應用的不斷拓展,透明鋁有望成為材料科學領域的重要支柱,為人類的科技進步和社會發展做出更大的貢獻。讓我們共同期待透明鋁在未來科技領域中的輝煌成就!

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